国家天文台科研团队利用中国天眼FAST的超高灵敏度,在银道面脉冲星巡天项目中取得突破性进展,成功发现一颗编号为PSRJ1856-0039的双中子星系统。该系统以2.36小时的轨道周期刷新人类已知双中子星系统第二短纪录,同时以2.488倍太阳质量的总质量成为迄今发现的最轻双中子星组合。这项发现为极端引力环境研究、重元素起源探索以及广义相对论验证提供了全新观测样本,相关成果已发表于国际顶级学术期刊《物理评论快报》。
双中子星系统由两颗中子星在引力作用下相互绕转构成,是宇宙中极端物理条件的天然实验室。这类系统需经历两次超新星爆发才能形成,最终通过引力波辐射完成并合过程,被认为是宇宙中金、铂等重元素的主要诞生地。全球范围内仅确认发现30例此类系统,其中短周期双中子星因其更显著的相对论效应和更短的并合时标,成为国际射电天文学界的核心观测目标。
研究团队依托FAST配备的19波束制冷接收机,采用自主研发的快照观测模式,对银河系平面区域展开系统性搜寻。截至目前,该巡天项目已累计发现约900颗新脉冲星,其中PSRJ1856-0039的发现具有里程碑意义。这颗系统中的可见脉冲星质量约为1.30倍太阳质量,伴星质量约1.19倍太阳质量,后者已接近中子星理论质量下限,为超新星爆发机制研究提供了关键参数约束。
观测数据显示,该系统呈现出极端引力环境下的多重相对论效应。科研人员精确测量到椭圆轨道近星点进动、强引力场导致的光子红移、高速运动引发的时间膨胀,以及引力波辐射造成的轨道周期衰减。其中轨道周期衰减率的实测值与广义相对论预测值高度吻合,误差范围仅1.4%,为验证引力理论提供了新的观测证据。研究推算该系统将在约8200万年后发生并合,最终可能形成更大质量的中子星,这一演化路径对破解中子星内部物态方程具有重要价值。
该系统的特殊轨道参数为前沿物理研究创造了独特条件。其极小的轨道倾角(接近面朝观测者)和超短轨道周期,使探测脉冲星自转引发的参考系拖拽效应成为可能。目前全球仅有少数双中子星系统具备此类观测条件,而PSRJ1856-0039的发现将极大提升相关研究的精度。通过持续高精度观测,科学家有望首次直接测量中子星的转动惯量,结合已获知的质量数据,为理解中子星内部物质状态和时空引力特性提供关键约束。
这项研究得到国家科技部重点研发计划和中国科学院建制化科研项目的联合支持,标志着我国在极端天体物理观测领域达到国际领先水平。FAST凭借其4300平方米的超大接收面积和卓越的灵敏度,正在持续改写人类对致密天体系统的认知边界,为解答宇宙基本物理问题开辟新的观测窗口。